单片机张力检测控制系统本科 毕业设计文档格式.docx
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单片机;
PID控制
ABSTRACT
Owningtothetremendousadvancementoftechnology,micro-chiphasincreasinguseinautomationfactory.Thisthesismainlydiscusssomesolutiontothecomplexityintheautomationprocess.Aperfectsolutionisfoundedoutatlastresultfromourhardwork.Withatransformationfromangleofpressmachinesensortoamperesignal,thisamperesignalrangefrom4to20mAistransformtovoltagesignalwhichisacceptedbyA/Dconverter.AndthisanalogvoltagesignalU(in)willsendintoA/DconverterinordertoconvertittodigitalsignalD0~D7thatisbeenacceptablebycomputer.Ontheotherhand,weinjectbothangivendigitalamperesignalrelatedtothethreadvelocityofthemachineandprecedingdigitalsignalD0~D7intothecomputerprocessor82S95.ThustheincreasinglyPIDpreviouslymadebyassemblylanguewillprocessthetwosignalandmakethesystemstable.Andusing8155toextendtheinterfaceforincreasinglynumbersofinputandoutputforcontrolsignal.Boththeinputandoutputinterfacesarelightlyandelectricallyseparatedbythechip2501.Afterthat,themicro-processorwilloutputaproperdigitalsignalintoD/Aconverter.Thentheconverterwilltransformthesignaltoanalogyamperesignal.Aftertwotransformations,theneeded4~20mAareavailabletocompensatetheexecutorofpressedmachine.
Keywords:
micro-chip;
PIDcontrol
1绪论
在现代化自动化生产当中,经常在车牌膜卷带的冲压过程中,由于膜卷带的张力大小会发生一些变化,从而在冲压中引起脱落等一系列不良的反应。
而本课题就是在解决以上问题而设计的一款新型的单片机张力检测控制系统,在膜卷带冲压系统中检测并保持膜卷带的转动的线速度的恒定,以达到工艺要求。
其主要研究范围:
单片机处理器,A/D转换器,D/A转换器,8155等芯片的功能及其整个系统的连接,PID算法汇编语言实现。
希望通过的研究设计,为我们自动化生产流程带来良好效果。
1.1单片机张力检测控制的发展趋势
现在可以说单片机是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:
(1)低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。
象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。
CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。
所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
(2)微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
(3)主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。
所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。
而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增,与其低价质优的优势,占据一定的市场分额。
此外还有MOTOROLA公司的产品,日本几大公司的专用单片机。
在一定的时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成、共同发展的道路。
1.2单片机张力检测控制系统的技术要求
本课题技术要求:
使经过PID增量式算法处理后的电流输出启动D/A转换器输出的电流,推动执行机构转动一定角度,使印刷机的线速度偏离给定的线速度在一定的范围之内。
所需用到的数据:
采样电流R(k);
给定电流:
M;
输出电流信号:
I(x)
1.3单片机张力检测控制系统传感器
传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号。
信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展,都需要在传感器的开发方面有相应的进展。
微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。
随着这些系统能力的增强,作为信息采集系统的前端单元,传感器的作用越来越重要。
传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件,作为系统中的一个结构组成,其重要性变得越来越明显。
在本课题的设计中,采用角度传感器,把所要检测的张力信号转换为我们可以测量的电流信号
2单片机张力检测控制系统的硬件设计
通过传感器检测膜卷带转动的角度转化为电流信号I,A/D转换器将电电流信号I转化为计算机可以读写的数字信号,将此送给单片机进行预先汇编好PID算法程序进行处理,然后将得出的数字信号传送给D/A转换器,通过转换得到需要的电流信号驱动角度传感器转化为转度,使张力保持恒定的速度。
2.1单片机张力检测控制系统主要部件
本系统由单片机处理器89S52、ADC0809转换器、DAC0832转换器、XRT101转换器、扩展IO口8155、光电隔离芯片2501。
2.2单片机张力检测控制系统的基本组成
2.2.1单片机处理器89S52的主要性能和功能
89S52芯片引脚功能说明
图2-189S52
Vcc-(40脚):
正常运行和校验时为+5v
XTAL1-(19脚):
接外部晶振的一个引脚。
在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器
XTAL2-(18脚):
接外部晶振的另一个引脚。
在片内接至振荡器的反相放器的输出和内部时钟发生器的输入端。
RST\Vpd-9脚:
该脚是复位信号的输入端。
振荡器工作时,由该引脚输入脉宽两个以上机器周期的高电平时复位单片微机。
Vpd为备用电源输入端,即当Vcc掉电时,由此引脚提供备用电源,以保持内部ram的信息。
ALE-允许地址锁存信号输出。
当访问外部存储器时,ALE信号的负跳变将p0口上的低八位地址送入锁存器。
当非访问外部存储器期间,ALE仍以六分之一振荡频率固定不变的速率输出,因而它能作为外部时钟或定时信号用。
P0口-(32-39脚):
八位漏极开路双向并行I\O口。
当访问外部存储器时,它是低地址总线(低8位)和数据总线复用。
P1口-(1-8脚):
八位准双向并行I\O端口。
在片内程序校验期间,作低八位地址用。
P2口-(21-28脚):
当访问外部存储器时作高八位地址用;
不作外部功能扩展时,则作准双向I\O口用。
P3.6-wr:
外部数据存储器写选通,低电平有效
P3.7-rd:
外部数据存储器读选通,低电平有效
2.2.2ADC0809主要性能和功能
图2-2ADC0809
(1)ADC0809引脚说明:
D0-D7:
8位二进制数字量输出端
IN0-IN7:
8位模拟量开关输入端口
Vcc:
+5V工作电压源
GND:
接地端
Vref(+|_):
参考电压(+)、(—)连接端
START:
A\D转换启动信号输入端口,高电平有效
ALE:
地址锁存允许信号输入端口,ALE的下降沿将地址打入锁存器
EDC:
A\D转换信号输出端口,开始转换时为低电平,一旦转换结束时输出高电平
OE:
完成转换后数字量输出允许控制信号输入端口,高电平有效,用以打开三态数据锁存器的输出
CLK:
时钟信号输入端
A、B、C:
地址输入端口,用三位编码组成3:
8译码输出,选通8路模拟电子开关,实现IN0-IN78路选1。
(2)ADC0809主要功能
计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。
进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后,变成数字量,方能进入计算机的存贮器和寄存器。
而这就
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